[发明专利]基于季铵盐复合层状双氢氧化物的抗生物污染超滤膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于季铵盐复合层状双氢氧化物(LDH)的抗生物污染超滤膜及其制备方法。首先将季铵盐嵌入LDH纳米片的层间空隙中，然后将季铵盐复合LDH纳米片、致孔剂、聚醚砜粉末和溶剂共混配制成铸膜液，用刮刀将铸膜液涂覆在无纺布上，最后将涂有铸膜液的无纺布浸入去离子水中进行相转化，形成基于季铵盐复合层状双氢氧化物的超滤膜。本方法中季铵盐和LDH纳米片均廉价易得，基于LDH纳米片的微生物细胞穿刺和季铵盐的胞内释放杀菌作用，所得超滤膜具有优异的抗菌活性和抗生物污染性能，季铵盐复合LDH纳米片还能有效增强膜的亲水性、水通量和抗有机污染能力；本发明不改变传统相转化制膜流程，所用季铵盐复合LDH纳米片合成简便、材料廉价，易于产业化。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，具体涉及一种基于季铵盐复合层状双氢氧化物的抗生物污染超滤膜及其制备方法。

背景技术

超滤膜分离在水处理中应用广泛，是应对水资源短缺的重要技术。膜污染，尤其是膜表面或膜孔内微生物黏附/繁殖引起的生物污染，会显著降低超滤膜的产水能力，通常需要频繁的化学清洗来应对。频繁的化学清洗可能减少膜的使用寿命，且同时增加了超滤水处理的运行成本。

制备基于季铵盐的共混膜，能一定程度上控制生物污染速率。然而，季铵盐对穿刺微生物细胞的能力有限，其杀菌性能还不够理想，基于季铵盐的共混膜抗生物污染性能仍有很大提升空间。同时，季铵盐的疏水性会导致膜水通量下降，抗有机污染能力减弱，制约了季铵盐共混膜的水处理应用。

LDH是一种层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide)，由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而形成的二维阴离子型层状化合物，将其应用于纳滤膜具有极大的潜力。但是，目前对与LDH的利用一方面基于其阴阳离子组成的独特性作为电催化剂；另一方面是利用其层间距可适当调控，使其具有特定的分离功能。

例如CN202010531086.6提供了一种Pd纳米颗粒负载镍铁双氢氧化物纳米片阵列结构材料、制备方法及其应用，其中的LDH即是作为电催化剂来使用的；又如CN201610542092.5提供了一种钯镁铝类水滑石催化Suzuki交叉偶联反应的方法，其中LDH的模板效应及其中空结构特点来制备负载型催化剂，可有效分散催化位点，提高催化效率。

上述应用均局限于LDH常规的性能，从而使得LDH的利用尚有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于季铵盐复合层状双氢氧化物的抗生物污染超滤膜及其制备方法。本发明制备得到的超滤膜在保持优秀的抗生物污染同时，显著提升膜的亲水性、水通量以及抗有机污染的能力。

本发明的技术方案如下：

一种基于季铵盐复合层状双氢氧化物的抗生物污染超滤膜，所述超滤膜为由季铵盐复合LDH纳米片改性形成的聚醚砜超滤膜，具有优异的杀菌能力与抗污染性能。

所述的超滤膜的制备方法为：首先制备季铵盐复合LDH纳米片，再配制含有季铵盐复合LDH纳米片、致孔剂、聚醚砜粉末和溶剂的铸膜液，用刮刀将铸膜液涂覆在无纺布上，之后将涂有铸膜液的无纺布浸入去离子水中进行相转化，形成具有抗生物污染能力的聚醚砜超滤膜。

进一步地，具体制备过程如下：

(1)季铵盐复合LDH纳米片的制备：按季铵盐与LDH纳米片按照重量比为1:2～3:1的比例分散在去离子水中，常温下搅拌6～12h，经离心、洗涤、干燥获得季铵盐复合LDH纳米片；

(2)铸膜液的制备：按季铵盐复合LDH纳米片与聚醚砜粉末的重量比为1:60～1:30、季铵盐复合LDH纳米片与致孔剂的重量比为1:17～1:8、季铵盐复合LDH纳米片与溶剂的重量比为1:256～1:127的比例，将季铵盐复合LDH纳米片、聚醚砜粉末和致孔剂添加到溶剂中，60～80℃下连续搅拌12～24h形成铸膜液，然后在60～80℃的烘箱中处理12～24h，去除气泡；